滾動軸承故障預(yù)防

1、 滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防敲擊測量固有頻率敲擊測量固有頻率輸入輸入輸出輸出沖擊沖擊波形波形物體物體/設(shè)備設(shè)備激振法測固有頻率激振法測固有頻率敲擊法測固有頻率敲擊法測固有頻率現(xiàn)場解決問題很有用現(xiàn)場解決問題很有用滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防研究滾動軸承的必要性；研究滾動軸承的必要性；如何預(yù)防滾動軸承故障？如何預(yù)防滾動軸承故障？滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機械的易損元件，據(jù)滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機械的易損元件，據(jù)統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機械的故障有統(tǒng)計，旋轉(zhuǎn)機械的故障有3030是由軸是由軸承故障引起的。因此研究軸承問題是承故障引起的。因此研究軸承問題是旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域的重要研究

2、內(nèi)容。重要研究內(nèi)容。滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防教授學(xué)者：失效原因、失效過程、監(jiān)測方法、教授學(xué)者：失效原因、失效過程、監(jiān)測方法、 信號與故障的對應(yīng)關(guān)系；信號與故障的對應(yīng)關(guān)系；儀器制造：監(jiān)測方法、監(jiān)測儀器、自動診斷；儀器制造：監(jiān)測方法、監(jiān)測儀器、自動診斷；軸承制造：如何提高軸承質(zhì)量；軸承制造：如何提高軸承質(zhì)量；使用人員：有無故障、故障程度？運行多久？使用人員：有無故障、故障程度？運行多久？研究問題的出發(fā)點研究問題的出發(fā)點: :滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承的組成滾動軸承的組成滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防任何部件失效，都表示軸承失效任何部件失效，都表示軸承失效失效的主要形式：磨損

3、、疲勞、點蝕；失效的主要形式：磨損、疲勞、點蝕；引起失效的外因：承受交變載荷；引起失效的外因：承受交變載荷；抵抗失效的內(nèi)因：抵抗失效的內(nèi)因： 材料的組織特性；材料的組織特性；滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防由于材料內(nèi)部組織的不均勻性及其分布的由于材料內(nèi)部組織的不均勻性及其分布的隨機性，即使是隨機性，即使是l 同樣的材料、同樣的材料、l 同樣的尺寸以及同樣的尺寸以及l(fā) 同一批生產(chǎn)出來的軸承，同一批生產(chǎn)出來的軸承，l 在完全相同的條件下工作，在完全相同的條件下工作， 其壽命也會極不相同。其壽命也會極不相同。試驗表明試驗表明：在同一批軸承中，它們的最長壽命在同一批軸承中，它們的最長壽命是最短壽命的是

4、最短壽命的2040倍。倍。滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防軸承壽命曲線軸承壽命曲線軸承壽命的離散性軸承壽命的離散性應(yīng)用研究的必要性應(yīng)用研究的必要性滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防二二 如何預(yù)防滾動軸承故障？如何預(yù)防滾動軸承故障？ 定期更換？定期更換？ 安裝之前進行質(zhì)量檢查安裝之前進行質(zhì)量檢查 安裝之后進行運行監(jiān)測安裝之后進行運行監(jiān)測X！安裝之前進行檢查安裝之前進行檢查能否在安裝前將軸承按實際質(zhì)量分類能否在安裝前將軸承按實際質(zhì)量分類？將優(yōu)質(zhì)軸承用到關(guān)鍵、重要的設(shè)備上；將優(yōu)質(zhì)軸承用到關(guān)鍵、重要的設(shè)備上；將次質(zhì)軸承用到非重要設(shè)備上；將次質(zhì)軸承用到非重要設(shè)備上；將劣質(zhì)軸

5、承直接報廢；將劣質(zhì)軸承直接報廢；可以做到！可以做到！滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防軸承振動測量儀軸承振動測量儀三個表頭顯示三個表頭顯示 低頻、中頻、高頻低頻、中頻、高頻 振動值振動值滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防安裝之前進行質(zhì)量檢查安裝之前進行質(zhì)量檢查低頻段低頻段 50-200Hz50-200Hz：一般是由軸承內(nèi)外圈的橢圓度和加工過程中車床卡一般是由軸承內(nèi)外圈的橢圓度和加工過程中車床卡盤的夾持等原因造成的盤的夾持等原因造成的；中頻段中頻段 200-2000Hz200-2000Hz：一般是由軸承的套圈在磨削加工時磨振動產(chǎn)生的中一般是由軸承的套圈在磨削加工時磨振動產(chǎn)生的中距波紋度造成的；距波紋

6、度造成的；高頻段高頻段 2000-10000Hz2000-10000Hz：一般是由軸承內(nèi)外圈溝道上的短距振紋度造成的。一般是由軸承內(nèi)外圈溝道上的短距振紋度造成的。 滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防將各頻段振動值與標準進行比較，判斷將各頻段振動值與標準進行比較，判斷軸承的優(yōu)劣，將軸承按質(zhì)分類：軸承的優(yōu)劣，將軸承按質(zhì)分類：優(yōu)質(zhì)軸承優(yōu)質(zhì)軸承用于重要的設(shè)備上；用于重要的設(shè)備上；次質(zhì)軸承次質(zhì)軸承用于次要設(shè)備上；用于次要設(shè)備上；劣質(zhì)軸承劣質(zhì)軸承直接報廢；直接報廢；可以防止由于軸承的制造質(zhì)量造成的運行可以防止由于軸承的制造質(zhì)量造成的運行壽命的差異性，提高設(shè)備運行的可靠度。壽命的差異性，提高設(shè)備運行的可靠度。

7、滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防問題：是否就可以避免軸承運行壽命的離散性？問題：是否就可以避免軸承運行壽命的離散性？SKFSKF對軸承壽命研究表明：對軸承壽命研究表明：軸承潤滑的污染狀況可使軸承壽命相差軸承潤滑的污染狀況可使軸承壽命相差500500倍。倍。滾動軸承故障預(yù)防滾動軸承故障預(yù)防 即使是即使是l 同樣的材料同樣的材料l 同樣的尺寸以及同樣的尺寸以及l(fā) 同一批生產(chǎn)出來的軸承同一批生產(chǎn)出來的軸承l(wèi) 在完全相同的條件下工作在完全相同的條件下工作 其壽命也會極不相同其壽命也會極不相同SKFSKF新軸承壽命理論新軸承壽命理論舊理論：舊理論：L10=（C/P）P新理論：新理論： L10 a，a=

8、aSKF L10 0.1 aSKF 50 aSKF - 軸承潤滑的污染系數(shù)軸承潤滑的污染系數(shù)如何預(yù)防滾動軸承故障？如何預(yù)防滾動軸承故障？ 安裝之前進行質(zhì)量檢查安裝之前進行質(zhì)量檢查 安裝之后進行運行監(jiān)測安裝之后進行運行監(jiān)測安裝之后進行運行監(jiān)測安裝之后進行運行監(jiān)測 包絡(luò)分析法包絡(luò)分析法 頻譜分析法頻譜分析法 振值比較法振值比較法 聲音判斷法聲音判斷法 式中，D滾動體中心圓（節(jié)圓）直徑，mm； d滾動體直徑，mm； 接觸角，角度或弧度； z 滾動體的個數(shù)； n 軸的轉(zhuǎn)速，r/min。 除轉(zhuǎn)速n 外，D、d、z 均可根據(jù)軸承型號由軸承樣本查出滾動軸承的故障頻率滾動軸承的故障頻率滾動軸承的故障頻率滾動軸

9、承的故障頻率例：軸承型號為例：軸承型號為204的深溝球軸承，的深溝球軸承， 節(jié)圓直徑節(jié)圓直徑 D 33.5mm； 滾珠直徑滾珠直徑 d7.938mm； 滾動體數(shù)滾動體數(shù) z8；接觸角；接觸角3； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n3000 r/min， 其各缺陷頻率為：其各缺陷頻率為： 內(nèi)圈缺陷內(nèi)圈缺陷外圈缺陷外圈缺陷滾動體缺陷滾動體缺陷 保持架與內(nèi)圈摩擦保持架與內(nèi)圈摩擦保持架與外圈摩擦保持架與外圈摩擦Fi Fi 247 Hz247 Hzfo fo 153 Hz153 Hzfb fb 100 Hz100 Hzfci fci 31 Hz31 Hzfco fco 19 Hz19 Hz不平衡產(chǎn)生的振動信號：不平衡

10、產(chǎn)生的振動信號：時域：連續(xù)的周期信號；時域：連續(xù)的周期信號；頻域：能量集中；頻域：能量集中；幅值：能量大幅值：能量大軸承故障振動信號：軸承故障振動信號：時域：脈沖信號；時域：脈沖信號；頻域：能量分散；頻域：能量分散；幅值：非常微小幅值：非常微小滾動軸承的故障頻率滾動軸承的故障頻率由于滾動軸承故障產(chǎn)生的沖擊信號持續(xù)時間由于滾動軸承故障產(chǎn)生的沖擊信號持續(xù)時間極短并且能量分散，落在軸承特征頻率范圍極短并且能量分散，落在軸承特征頻率范圍的分量則更加微小，無法與能量較大并集中的分量則更加微小，無法與能量較大并集中于低頻的振動分量相提并論，如果直接對振于低頻的振動分量相提并論，如果直接對振動信號進行動信號

11、進行 FFTFFT分析，微小的軸承特征成分分析，微小的軸承特征成分將被不平衡、不對中、齒輪嚙合等信號所淹將被不平衡、不對中、齒輪嚙合等信號所淹沒，而無法顯示軸承缺陷頻率的存在。沒，而無法顯示軸承缺陷頻率的存在。滾動軸承的故障頻率滾動軸承的故障頻率加速度包絡(luò)技術(shù)，不同于常規(guī)振動檢測技術(shù)，加速度包絡(luò)技術(shù)，不同于常規(guī)振動檢測技術(shù)，它不是直接去分析雜亂無章的振動信號，而它不是直接去分析雜亂無章的振動信號，而是通過是通過“共振解調(diào)變換共振解調(diào)變換”去提取掩埋去提取掩埋在常規(guī)振動中的微沖擊信息，輸出一個與在常規(guī)振動中的微沖擊信息，輸出一個與沖擊一一對應(yīng)的，放大、展寬了的，剔除沖擊一一對應(yīng)的，放大、展寬了的

12、，剔除了常規(guī)振動信號干擾的共振解調(diào)信號，是了常規(guī)振動信號干擾的共振解調(diào)信號，是滾動軸承故障診斷頻域分析法中最成功的滾動軸承故障診斷頻域分析法中最成功的一種方法。一種方法。加速度包絡(luò)技術(shù)加速度包絡(luò)技術(shù)其傅立葉變換為l，即從頻域來看， (t)是一無限帶寬信號，它含有任何頻率成分，并且能量沿整個頻率軸均勻分布。因此，若把 (t)施加于某振動系統(tǒng)，則(t)必含有該系統(tǒng)的固有振動頻率成分，也就必然激起系統(tǒng)共振?，F(xiàn)實中，純數(shù)學(xué)意義上的脈沖是不存在的，但是只要激振力的頻域帶寬覆蓋系統(tǒng)的固有頻率，同樣可以發(fā)生共振。包絡(luò)技術(shù)就是以這一振動理論為基礎(chǔ)的。包絡(luò)技術(shù)就是以這一振動理論為基礎(chǔ)的。 (t) = 1 t=

13、00 其它其它脈沖函數(shù)及其特性脈沖函數(shù)及其特性數(shù)學(xué)上，單位脈沖函數(shù)(kroneeker函數(shù))定義為：加速度包絡(luò)技術(shù)加速度包絡(luò)技術(shù)故障軸承在運行中產(chǎn)生脈沖信號故障軸承在運行中產(chǎn)生脈沖信號脈沖信號的能量很小頻域非常寬脈沖信號的能量很小頻域非常寬微弱的寬頻信號，足以激起測試微弱的寬頻信號，足以激起測試系統(tǒng)某些部件（例如傳感器）的系統(tǒng)某些部件（例如傳感器）的固有頻率產(chǎn)生共振，共振成分混固有頻率產(chǎn)生共振，共振成分混合在振動信號中；合在振動信號中；加速度包絡(luò)技術(shù)加速度包絡(luò)技術(shù)設(shè)置以測量系統(tǒng)部件（如傳感器）諧振頻率設(shè)置以測量系統(tǒng)部件（如傳感器）諧振頻率為中心頻率、帶寬為為中心頻率、帶寬為+/- f 的帶通濾

14、波器；的帶通濾波器；經(jīng)帶通濾波后將大幅值的低頻信號濾除，得經(jīng)帶通濾波后將大幅值的低頻信號濾除，得到了由脈沖信號產(chǎn)生的、經(jīng)系統(tǒng)共振放大的、到了由脈沖信號產(chǎn)生的、經(jīng)系統(tǒng)共振放大的、并且展寬了的沖擊時域信號并且展寬了的沖擊時域信號經(jīng)過絕對值處理后留下的上半部分波形經(jīng)過絕對值處理后留下的上半部分波形，因因為還存在許多高頻成分，因而在頻譜上不能為還存在許多高頻成分，因而在頻譜上不能形成簡單波形那樣的離散譜線；形成簡單波形那樣的離散譜線；通過低通濾波器獲取包絡(luò)波，通過低通濾波器獲取包絡(luò)波，既保留了原沖擊波形所得到的放大和展寬，既保留了原沖擊波形所得到的放大和展寬，又剔除了高頻成分，成為純低頻的周期波，又剔

15、除了高頻成分，成為純低頻的周期波， 對包羅波重新采樣，經(jīng)對包羅波重新采樣，經(jīng)FFT 后得到包絡(luò)頻譜，后得到包絡(luò)頻譜，可以清楚地顯示出沖擊頻率可以清楚地顯示出沖擊頻率1/T及其諧波成分及其諧波成分2/T、3/T、4/T、。 應(yīng)用案例應(yīng)用案例測試對象：加工中心電主軸測試背景：該電主軸已經(jīng)運行近兩年，在加工的過程當(dāng)中，明顯的聽到從主軸內(nèi)部發(fā)出噪音；但機床自帶的主軸振動顯示儀顯示機床振動速度總值在正常范圍之內(nèi)。采用SKF 的Microlog 振動分析儀對機床進行了振動分析。應(yīng)用案例應(yīng)用案例通過軸承缺陷頻率的比對，除了可勉強觀察到軸承 內(nèi)圈有一比較小的峰值外，其他的未見有特別明顯的異常！所以如果單從速度

16、譜上分析，很容易得出結(jié)論：該電主軸狀態(tài)正常！所以如果單從速度譜上分析，很容易得出結(jié)論：該電主軸狀態(tài)正常！從速度頻譜圖中可以看出，電主軸的振動速度總值只有 0.56mm/s 元遠低于2mm/s的報警值, 速度頻譜速度頻譜應(yīng)用案例應(yīng)用案例從加速度包絡(luò)譜來分析，得出迥然相反的結(jié)果，而且是電主軸軸承的狀態(tài)令人觸目驚心。該電主軸包絡(luò)總值已經(jīng)高達18.23gE ,大大超過設(shè)定的報警值8gE .從特征頻譜圖上可以明顯的看出缺陷頻率倍頻和邊頻的存在。這個已經(jīng)證明軸承到了十分嚴重的損壞程度，這與從機床外邊聽到的電主軸發(fā)出的不正常噪音十分吻合！這與從機床外邊聽到的電主軸發(fā)出的不正常噪音十分吻合！加速度包絡(luò)譜加速度

17、包絡(luò)譜Stage 1Stage 2Stage 3Stage 4no apparent change on typical velocity spectrumdefects harmonic frequencies appeardefects fundamental frequencies also appearand may exhibit sidebandsdefects harmonic frequencies develop multiplesidebands (haystack), fundamental freqs. growand also develop sidebandsdef

18、ects “fund.”frequency rangedefects “harmonic”frequency range方法之二：頻譜分析法方法之二：頻譜分析法滾滾動動軸軸承承故故障障發(fā)發(fā)展展的的四四個個階階段段第一階段第一階段第二階段第二階段第三階段第三階段第四階段第四階段方法之二：頻譜分析法方法之二：頻譜分析法方法之二：頻譜分析法方法之二：頻譜分析法頻譜能力集中于低頻部分，典型的機械故障頻譜，頻譜能力集中于低頻部分，典型的機械故障頻譜，方法之二：頻譜分析法方法之二：頻譜分析法頻譜能力集中于中頻部分，典型的軸承故障頻譜；頻譜能力集中于中頻部分，典型的軸承故障頻譜；方法之二：頻譜分析法方法之二

19、：頻譜分析法頻譜分析法對滾動軸承的早期故障不敏感，頻譜分析法對滾動軸承的早期故障不敏感，可用于分析中晚期的軸承故障；可用于分析中晚期的軸承故障；速度與位移振幅關(guān)系：速度與位移振幅關(guān)系： V = 2f DV = 2f D當(dāng)當(dāng)f f5050200Hz200Hz時：時： V V（100100400400）DD10102 20.707/20.707/2 （1.11.14.44.4）D D；當(dāng)當(dāng) f f6006001200Hz1200Hz時：時： V V（1200120024002400）DD10102 20.707/20.707/2 （13132727）D D式中位移振幅單位為絲米（峰式中位移振幅單位

20、為絲米（峰- -峰值），速度峰值），速度振幅單位為毫米（有效值）。振幅單位為毫米（有效值）。方法之三：振動值判斷方法之三：振動值判斷方法之三：振動值判斷方法之三：振動值判斷振動值很大振動值很大，速度振幅與位移振幅在，速度振幅與位移振幅在數(shù)值上比較接近，多為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障，數(shù)值上比較接近，多為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障，一般不考慮軸承；一般不考慮軸承；速度振幅很大，速度振幅很大，位移振幅遠小于速度位移振幅遠小于速度振幅，多為軸承故障振幅，多為軸承故障也就是說，如果撇開振動位移和振動速度的也就是說，如果撇開振動位移和振動速度的單位，只從數(shù)值上來比較，對于轉(zhuǎn)動設(shè)備本單位，只從數(shù)值上來比較，對于轉(zhuǎn)動設(shè)備本身原因所引起的低頻振動，其速度振幅約為身原因所引起的低頻振動，其速度振幅約為位移振幅的位移振幅的1 14 4倍。實際上低頻振動多數(shù)情倍。實際上低頻振動多數(shù)情況發(fā)生在況發(fā)生在1 12 2倍轉(zhuǎn)速頻率，即速度振幅約為倍轉(zhuǎn)速頻率，即速度振幅約為位移振幅的位移振幅的1 12 2倍；而對于軸承故障所產(chǎn)生倍；而對于軸承故障所產(chǎn)生的高頻振動，其速度振幅要遠遠大于位移振的高頻振動，其速度振幅要遠遠大于位移振幅。幅。根據(jù)這一點，可建立用位移振幅和速度根據(jù)這一點，可建立用位移振幅和速度振幅的數(shù)值對比來判斷軸承故障的判斷準則振幅的數(shù)值對比來判斷軸承故障的判斷準則如下：如下：方法之三：振動值判斷方法之三：振動值判斷